专利名称：电容阵列式液位传感器探头及使用这种探头的液位传感器的制作方法
技术领域：
电容阵列式液位传感器探头及使用这种探头的液位传感器技术方案本实用新型涉及一种液位传感器探头及使用这种探头的液位传感器。
背景技术：
现有的电容式液位传感器的测量装置是通过被测物体介电常数的不同，将液位高 度变化转换成电容来进行液位测量，这就需要测量精确的电容容值才能实现，但是由于电 容式液位计采用浸入式测量法，液体流挂等原因导致电容容值的误差较大，外界干扰对电 容容值影响也很明显；同时，微电容检测网络和数字处理电路受外界条件的影响也导致电 容容值的误差较大，上述原因导致现有的电容式液位传感器的测量装置的测量精度低。
实用新型内容本实用新型是为了解决现有的电容式液位传感器的测量装置的测量精度低的问 题，从而提出了一种电容阵列式液位传感器探头及使用这种探头的液位传感器。电容阵列式液位传感器探头，它包括两块绝缘板，它还包括第一极板和第二极板， 所述第一极板和第二极板分别固定在两块绝缘板上；第一极板由N个相同的一号电极块组 成，且相邻两个一号电极块之间的间距相等；第二极板由M个相同的二号电极块组成；所述 第二极板是第一极板的公共极板，所述第一极板中的一号电极块与第二极板中的二号电极 块对应组成电容；N为整数，M = 1、2......N中的任意一个值，且N为M的整数倍。基于上述装置的液位传感器，它还包括变送器，所述变送器包括多路模拟开关、电 容检测电路、单片机和V-I转换电路，所述单片机控制多路模拟开关逐一选择电容，电容检 测电路检测每个电容的容值，并将检测结果送入单片机进行处理后通过V/I转换电路转换 后输出。本实用新型在使用时，将液位传感器的探头伸入液体中，由于液体的介电常数和 空气的介电常数的差别，导致每个小电容在液面下的容值发生改变，通过检测小电容容值 发生改变的位置，从而判断液位高度。本实用新型无需测量具体的电容容值，避免了电容容 值受外界影响发生变化而导致测量精度低和零点漂移过大的问题；本发明的测量精度高， 不仅能精确的测量液体的液位，还能有效的分辨不同介质的多层液体的分界面，测量每种 液体的液位。
图1是是本实用新型具体实施方式
一的结构示意图；图2是本实用新型具体实施 方式二的结构示意图；图3是本实用新型具体实施方式
三的结构示意图；图4本实用新型具体实施方式
四的结构示意图；图5是本实用新型具体实施方式
五的变送器的信号流程示 意图；图7是本实用新型具体实施方式
五液位传感器的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一、电容阵列式液位传感器探头，它包括两块绝缘板4，它还包括第 一极板1和第二极板2，所述第一极板1和第二极板2分别固定在两块绝缘板4上；第一极 板1由N个相同的一号电极块1-1组成，且相邻两个一号电极块1-1之间的间距相等；第二 极板2由M个相同的二号电极块2-1组成；所述第二极板2是第一极板1的公共极板，所述 第一极板1中的一号电极块1-1与第二极板2中的二号电极块2-1对应组成电容；N为整 数，M= 1、2......N中的任意一个值，且N为M的整数倍。本实施方式中，一号电极块1-1的数量为二号电极块2-1数量的整数倍，例如3 倍，其中每四个一号电极块1-1与一个二号电极块相对设置，其结构如图1所示。
具体实施方式
二、结合图2说明本具体实施方式
，本具体实施方式
与具体实施方 式一所述的一种电容阵列式液位传感器探头的区别在于，M = 1，所述第一极板1中的N个 一号电极块1-1与第二极板2中的一个二号电极块2-1对应组成N个电容。
具体实施方式
三、结合图3说明本具体实施方式
，本具体实施方式
与具体实施方 式一所述的一种电容阵列式液位传感器探头的区别在于，M = N，且相邻两个二号电极块 2-1之间的间距相等；每个二号电极块2-1均与一个一号电极块1-1相对设置，且第一极板 1中的N个一号电极块1-1与第二极板2中的M个二号电极块2-1对应组成N个电容。
具体实施方式
四、结合图4说明本具体实施方式
，本具体实施方式
与具体实施方 式一所述的一种电容阵列式液位传感器探头的区别在于，M = N，且相邻两个二号电极块 2-1之间的间距相等；第二极板2上的二号电极块2-1与第一极板1上的一号电极块1-1交 错设置，且第一极板1中的N个一号电极块1-1与第二极板2中的M个二号电极块2-1对 应组成N个电容。第一极板1和第二极板2中第二极板2相对于第一极板1沿排列方向平移L个距 离，L的范围在0至一个极板长度与一个间距长度和之间。
具体实施方式
三和具体实施方式
四中的第一极板1上的相邻两个一号电极块1-1 之间的间距与第二极板2上的相邻两个二号电极块2-1之间的间距相等。
具体实施方式
五、基于具体实施方式
一所述的一种电容阵列式液位传感器探头的 液位传感器，它还包括变送器3，所述变送器3包括多路模拟开关3-1、电容检测电路3-2、单 片机3-3和V-I转换电路3-4，所述单片机3-3控制多路模拟开关3-1逐一选择电容，电容 检测电路3-2检测每个电容的容值，并将检测结果送入单片机3-3进行处理后通过V/I转 换电路3-4转换后输出。本实施方式是电容中的一个极板分成若干个小电极块，并纵向排成一列，保持等 间距，另一个极板作为公共极板。检测电路采用基于充放电原理的检测方法，由于液体的介 电常数和空气介电常数差别很大，因此，每个小电容在液面上和液面下的容值会发生突变。 采用单片机检测电容容值发生突变的位置来判断液位高度，而无需测量具体的电容容值， 这就避免了电容容值受外界影响发生变化而导致测量精度不高和零点漂移过大的问题。同 时，根据对测量精度指标要求的不同，可以合理设计各个小电容的长、宽和它们之间的间 距，从而保证测量的准确性。通过采用不同材料的电容极板，可以测量具有腐蚀性的液体高 度。本实用新型的结构如图7所示，第一极板1和第二极板2分别与一块固定板11通过螺钉12固定在壳体10内侧，第一极板1和第二极板2之间的空隙为液体流入区域。变 送器3安装在壳体10末端形成的空腔中。所述壳体10末端的空腔与传感器探头之间使用 密封圈13密封。所述壳体10末端的空腔上开有电连接口 14，电极片及变送器相关部件的 线路通过电连接口 14与外部相连。
具体实施方式
六、本具体实施方式
与具体实施方式
五所述的一种电容阵列式液位 传感器探头的液位传感器的区别在于，电容检测电路3-2包括方波发生电路3-2-1、充放电 电路3-2-2、C/V转换电路3-2-3、低通滤波电路3_2_4和放大比较电路3_2_5，所述方波发 生电路3-2-1的波形信号输出端与充放电电路3-2-2的信号输入端连接；所述充放电电路 3-2-2的信号输出端与C/V转换电路3-2-3的信号输入端连接；C/V转换电路3_2_3的信号 输出端与低通滤波电路3-2-4的信号输入端连接；低通滤波电路3-2-4的信号输出端与放 大比较电路3-2-5的信号输入端连接，方波发生电路3-2-1的信号输入端作为电容检测电 路3-2的信号输入端；放大比较电路3-2-5的信号输出端作为电容检测电路3-2的信号输 出端。电容检测电路3-2采用充放电原理，由方波发生电路3-2-1、充放电电路3-2-2、放 大比较电路3-2-5实现。基于充放电原理检测电路的优点是抗寄生电容和杂散电容。
具体实施方式
七、本具体实施方式
与具体实施方式
五或六所述的一种电容阵列式 液位传感器探头的液位传感器的区别在于，单片机3-3是型号为英飞凌公司的XC866的单 片机。
权利要求电容阵列式液位传感器探头，它包括两块绝缘板(4)，其特征是它还包括第一极板(1)和第二极板(2)，所述第一极板(1)和第二极板(2)分别固定在两块绝缘板(4)上；第一极板(1)由N个相同的一号电极块(1-1)组成，且相邻两个一号电极块(1-1)之间的间距相等；第二极板(2)由M个相同的二号电极块(2-1)组成；所述第二极板(2)是第一极板(1)的公共极板，所述第一极板(1)中的一号电极块(1-1)与第二极板(2)中的二号电极块(2-1)对应组成电容；N为整数，M＝1、2......N中的任意一个值，且N为M的整数倍。
2.根据权利要求1所述的电容阵列式液位传感器探头，其特征在于M=1，所述第一极 板(1)中的N个一号电极块(1-1)与第二极板(2)中的一个二号电极块(2-1)对应组成N 个电容。
3.根据权利要求1所述的电容阵列式液位传感器探头，其特征在于M= N，且相邻两个 二号电极块(2-1)之间的间距相等；每个二号电极块(2-1)均与一个一号电极块(1-1)相 对设置，且第一极板(1)中的N个一号电极块(1-1)与第二极板(2)中的M个二号电极块 (2-1)对应组成N个电容。
4.根据权利要求1所述的电容阵列式液位传感器探头，其特征在于M= N，且相邻两个 二号电极块(2-1)之间的间距相等；第二极板(2)上的二号电极块(2-1)与第一极板(1) 上的一号电极块(1-1)交错设置，且第一极板(1)中的N个一号电极块(1-1)与第二极板(2)中的M个二号电极块(2-1)对应组成N个电容。
5.使用权利要求1所述的电容阵列式液位传感器探头的液位传感器，其特征是它还 包括变送器(3)，所述变送器(3)包括多路模拟开关(3-1)、电容检测电路(3-2)、单片机 (3-3)和V-I转换电路(3-4)，所述单片机(3-3)控制多路模拟开关(3-1)逐一选择电容， 电容检测电路(3-3)检测每个电容的容值，并将检测结果送入单片机(3-3)进行处理后通 过V/I转换电路(3-4)转换后输出。
6.根据权利要求5所述的电容阵列式液位传感器探头的液位传感器，其特征在于电容 检测电路(3-2)包括方波发生电路(3-2-1)、充放电电路(3-2-2)、C/V转换电路(3_2_3)、 低通滤波电路(3-2-4)和放大比较电路(3-2-5)，所述方波发生电路(3-2-1)的波形信号 输出端与充放电电路(3-2-2)的信号输入端连接；所述充放电电路(3-2-2)的信号输出端 与C/V转换电路(3-2-3)的信号输入端连接；C/V转换电路(3-2-3)的信号输出端与低通滤 波电路(3-2-4)的信号输入端连接；低通滤波电路(3-2-4)的信号输出端与放大比较电路 (3-2-5)的信号输入端连接，方波发生电路(3-2-1)的信号输入端作为电容检测电路(3-2) 的信号输入端；放大比较电路(3-2-5)的信号输出端作为电容检测电路(3-2)的信号输出 端。
7.根据权利要求5或6所述的电容阵列式液位传感器探头的液位传感器，其特征在于 单片机(3-3)是型号为XC866的单片机。
专利摘要电容阵列式液位传感器探头及使用这种探头的液位传感器，它涉及一种液位传感器探头及使用这种探头的液位传感器。本实用新型解决现有的电容式液位传感器的测量装置的测量精度低的问题。电容阵列式液位传感器探头，它的第一极板由N个相同的一号电极块组成，第二极板由M个相同的二号电极块组成；第二极板作为第一极板的公共极板，每个一号电极块均与第二极板上的一个二号电极块对应组成一个电容。使用上述传感器探头的液位传感器，它的单片机控制多路模拟开关逐一选择电容，电容检测电路检测每个电容的容值，并将检测结果送入单片机进行处理后通过V/I转换电路转换后输出。本实用新型适用于液位测量过程中。
文档编号G01F23/26GK201583315SQ20102011278
公开日2010年9月15日 申请日期2010年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者于云选, 刘志远, 吴亚林, 宋成艳, 李冰冰, 王惠玲, 董玉荣, 蔡春丽 申请人:中国电子科技集团公司第四十九研究所
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